Кунсткамера

Читальный зал

Гроссе Э., Вайсмантель X.

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты.

Глава 1. ВОДА И ВОЗДУХ -- САМОЕ ДЕШЕВОЕ СЫРЬЕ

ВОЗДУХ - НЕИСЧЕРПАЕМОЕ СЫРЬЕ

Сегодня мы очень хорошо знаем земную атмосферу, толщина которой составляет более 1000 км.
Воздушные шары с людьми и без них, самолеты и ракеты поднялись на большую высоту воздушного пространства и определили количественное содержание бактерий, давление, плотность и состав воздуха. А искусственные спутники Земли посылают на землю точные результаты измерений.
Тот, у кого есть глобус диаметром 35 см, может представить себе вокруг него двухсантиметровый слой, и получит таким образом представление о величине атмосферы.
Атмосфера нашей планеты весит 5,1^.10¹³ меганьютонов, а объем ее составляет более, чем 4^.10¹⁸ м³.
В воздухе содержатся величайшие ценности.
Физики и химики размышляют над проблемой их использования. Линде, например, технически реализовал теоретические работы Андрюса, Фарадея, Джоуля и Томсона и развил методы сжижения воздуха.
Жидкий воздух является важнейшим источником для получения кислорода, азота и инертных газов. Габер и Бош разработали метод, с помощью которого азот воздуха можно связать с водородом.
То, что еще в прошлом столетии казалось утопией, например получение удобрений, кислот и других химических соединений из воздуха, в последние шестьдесят лет стало реальностью.

ИНТЕРЕСНАЯ СМЕСЬ

До конца XVIII века считали, что воздух состоит из одного простого вещества. Только Пристли и Лавуазье, благодаря исследованию процессов сгорания, пришли к выводу, что воздух представляет собой смесь двух элементов. Более, чем через сто лет Рэлей и Рамзай открыли в воздухе другие элементы - инертные газы. Сухой воздух имеет следующий состав (по объему):

Азот  	78,095%
Кислород    	20,939%
Диоксид углерода  	0,031%
Благородные газы  	0,935%
из них аргон  	0,933%

На остальные благородные газы приходится 0,002 %. В 1 м³ воздуха содержится 15 мл неона, 5 мл гелия, 1,1 мл криптона и 0,08 мл ксенона.
Гелий до сих пор получали из природного газа. Этот негорючий газ в большом количестве расходовали на заполнение аэростатов и воздушных шаров. Смесью кислорода и гелия дышат водолазы при работе на большой глубине. Ее применяют также для лечения больных астмой.
Другие благородные газы получают при многократном ступенчатом испарении жидкого воздуха. Неоном, например, заполняют лампы дневного света и светящиеся трубки реклам, при пропускании электрического тока он излучает интенсивный оранжевый свет.
Благородные газы для заполнения люминесцентных и специальных ламп с металлической нитью (например, криптоновых) получаются в качестве ценных побочных продуктов на всех больших предприятиях, которые производят технические газы с помощью сжижения воздуха. В защитной атмосфере аргона проводят сварку, к месту работ его доставляют в баллонах под давлением.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С КИСЛОРОДОМ

Кислород - самый распространенный элемент. Наша атмосфера, как вы уже знаете, содержит 21% (об.) кислорода: исследованные 16 км земной коры - литосфера - состоит наполовину из кислорода, а водный бассейн - гидросфера - на 89% (по массе).
Растения, животные и человек нуждаются в кислороде, так как от него зависит нормальное протекание жизненных процессов. В промышленности и технике он используется для окисления. Он содержится во многих химических соединениях.
Чтобы получить чистый кислород, нужны исходные вещества, богатые этим элементом. К ним относятся нитраты и хлораты, то есть соли азотной и хлорноватой кислоты, а также пероксиды. В технике, где счет идет на тысячи тонн, используются широко распространенные сырьевые источники - воздух и вода. Необходимая для этого аппаратура очень сложна и дорога.
В лабораториях, напротив, другие условия, так как в наших опытах часто имеем дело с объемами газов меньше миллилитра.
Поэтому аппаратура в лаборатории должна быть дешевой и простои в обращении. Для небольших количеств, которые мы получаем, не имеет существенного значения высокая цена исходных продуктов.

Получение кислорода простыми способами

Укрепим пробирку из тугоплавкого стекла на штативе и внесем в нее 5 г порошкообразной селитры (нитрата калия KNO₃ или нитрата натрия NaNO₃). Поставим под пробирку чашку из огнеупорного материала, наполненную песком, так как при этом опыте стекло часто плавится и вытекает горячая масса. Поэтому и горелку при нагревании будем держать сбоку. Когда мы сильно нагреем селитру, она расплавится и из нее выделится кислород (обнаружим это с помощью тлеющей лучины - она воспламенится в пробирке). При этом нитрат калия перейдет в нитрит KNO₂.
Бросим затем тигельными щипцами или пинцетом кусок черенковой серы в расплав (никогда не держать лицо над пробиркой). Сера воспламенится и сгорит с выделением большого количества тепла.
Опыт следует проводить при открытых окнах (из-за получающихся оксидов серы). Полученный нитрит натрия сохраним для последующих опытов.
Процесс протекает следующим образом:

2KNO₃ = 2KNO₂ + О₂

Можно получить кислород и другими методами. Перманганат калия КМnО₄ (калийная соль марганцовой кислоты) отдает при нагревании кислород:

2КМnО₄ = MnO₂ + К₂MnO₄ + O₂

Из 10 г перманганата калия можно получить примерно литр кислорода, значит двух граммов достаточно, чтобы наполнить кислородом пять пробирок нормальной величины. Перманганат калия, если он отсутствует в вашей домашней аптечке, можно приобрести в любой аптеке. Некоторое количество перманганата калия нагреем в тугоплавкой пробирке и уловим в пробирки выделяющийся кислород с помощью пневматической ванны.
Кристаллы, растрескиваясь, разрушаются, и, зачастую некоторое количество пылеобразного перманганата увлекается вместе с газом. Вода в пневматической ванне и отводной трубке в этом случае окрасится в красный цвет. После окончания опыта очистим ванну и трубку раствором тиосульфата (гипосульфита) натрия - фотофиксажа, который немного подкислим разбавленной соляной кислотой.
В больших количествах кислород можно также получить из пероксида (перекиси) водорода Н₂О₂. Купим в аптеке трехпроцентный раствор - дезинфицирующее средство или препарат для обработки ран. Пероксид водорода малоустойчив. Уже при стоянии на воздухе он разлагается на кислород и воду:

2Н₂O₂ = 2H₂O + О₂

Разложение можно существенно ускорить, если добавить к пероксиду немного диоксида марганца МnО₂ (пиролюзита), активного угля, металлического порошка, крови (свернувшейся или свежей), слюны. Эти вещества действуют как катализаторы.
Мы можем в этом убедиться, если в маленькую пробирку поместим примерно 1 мл пероксида водорода с одним из названных веществ, а наличие выделяющегося кислорода установим с помощью пробы лучинкой. Если в химическом стакане к 5 мл трехпроцентного раствора пероксида водорода добавить равное количество крови животного, то смесь сильно вспенится, пена застынет и вздуется в результате выделения пузырьков кислорода.
Затем испытаем каталитическое действие 10%-ного раствора сульфата меди(II) с добавкой гидроксида калия (едкого кали) и без нее, раствора сульфата железа(II), раствора хлорида железа(III) (с добавкой железного порошка и без него), карбоната натрия, хлорида натрия и органических веществ (молока, сахара, размельченных листьев зеленых растений и т. д.). Теперь мы на опыте убедились, что различные вещества каталитически ускоряют разложение пероксида водорода.
Катализаторы повышают скорость реакции химического процесса и при этом сами не расходуются. В конечном итоге они снижают энергию активации, необходимую для возбуждения реакции.
Но существуют и вещества, действующие противоположным образом. Их называют отрицательными катализаторами, антикатализаторами, стабилизаторами или ингибиторами. Например, фосфорная кислота препятствует разложению пероксида водорода. Поэтому продажный раствор пероксида водорода обычно стабилизирован фосфорной или мочевой кислотой.
Катализаторы необходимы для многих химико-технологических процессов. Но и в живой природе во многих процессах участвуют так называемые биокатализаторы (энзимы, ферменты, гормоны). Так как катализаторы не потребляются в реакциях, то они могут действовать уже в малых количествах. Одного грамма сычужного фермента достаточно, чтобы обеспечить свертывание 400-800 кг молочного белка.
Особое значение для работы катализаторов имеет величина их поверхности. Для увеличения поверхности применяют пористые, испещренные трещинами вещества с развитой внутренней поверхностью, напыляют компактные вещества или металлы на так называемые носители.
Например, 100 г платинового катализатора на носителе содержит только около 200 мг платины; 1 г компактного никеля имеет поверхность 0,8 см², а 1 г порошка никеля -10 м². Это соответствует отношению 1 : 100 000; 1 г активного глинозема обладает поверхностью от 200 до 200 м², для 1 г активного угля эта величина составляет даже 1000 м². В некоторых установках катализатора - на несколько миллионов марок. Так, бензиновая контактная печь в Белене высотой 18 м содержит 9-10 тонн катализатора.

Сожжем железо

Применим собранный кислород для опытов по окислению. Внесем в наполненные кислородом пробирки небольшие, по возможности тонкоизмельченные, пробы свинца, меди, алюминия, цинка и олова и неплотно закроем пробирки ватой. При нагревании металлы сгорят с появлением яркого пламени; в пробирках останутся оксиды.
В чистом кислороде сгорит также тонкая железная проволока. Придадим ей спиралеобразную форму и укрепим на одном из концов пропитанного парафином куска дерева, который подожжем.
Проволоку как можно скорее внесем в широкий химический стакан, наполненный кислородом. Чтобы стакан не дал трещину из-за падающих горячих частиц, необходимо погрузить дно стакана в слой песка или воды. Проволока сгорит с появлением ярких разлетающихся искр, в результате образуется двойной оксид железа - так называемая окалина:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

Кислород - газ без цвета, запаха и вкуса, частично растворимый в воде; 1 литр кислорода при 0 °С и 760 мм рт. ст. весит 1,429 г. Следовательно, кислород тяжелее воздуха (1 л воздуха при тех же условиях весит 1,293 г). Почти со всеми металлами и неметаллами кислород образует оксиды.

Атомарный кислород

В природе кислород встречается в виде двухатомных молекул. Атомарный кислород О обладает чрезвычайно сильной окислительной способностью. Он получается при разложении озона, молекула которого содержит три атома кислорода:

О₃ = О₂ + О

Если на налитую в фарфоровую чашку концентрированную серную кислоту насыпать немного тонкораспыленного перманганата калия, образуется озон. (Надеть защитные очки! Взрывоопасно!)
Будем держать над чашкой: а) кусок крахмальной бумаги, смоченной иодидом калия, б) полоску лакмусовой бумажки. Из иодида калия выделится иод, который окрасит крахмальную бумагу в синий цвет (иодокрахмальная реакция); лакмусовая бумажка обесцветится.
Наконец, погрузим на стеклянной палочке в смесь серной кислоты и перманганата немного ваты, пропитанной спиртом или скипидаром. Вата со взрывом сгорит.
В высоких (30-45 км) слоях воздуха, в так называемой озоносфере, озон возникает под влиянием ультрафиолетовых лучей или при грозе, а в технике он чаще всего получается в результате тихого электрического разряда в озонаторе. Его используют для дезинфекции и озонирования воздуха в помещениях (больницах, холодильных камерах), а также для обеззараживания питьевой воды.

ЛЁЙНА ЗАДОХНУЛАСЬ БЫ БЕЗ АЗОТА

Если бы в начале нашего века учитель географии в немецкой гимназии спросил своего ученика о Лёине, то он едва ли получил бы удовлетворительный ответ. В то время Лёйна была деревней в государственном округе Мерзебург и насчитывала около трехсот жителей. В географической книге 1899 г. говорится, что там расположены залежи бурого угля, который может быть использован для получения прессованного торфа, горного воска (парафина) и нефти - "солярового масла".
Нынешний ученик на такой же вопрос учителя без особого труда ответит, что Лёйна лежит на участке железнодорожного пути Мерзебург - Гросскорбета и там находится крупнейшее химическое предприятие республики. Лейна стала известна в последние годы.
История предприятия Лейны одновременно является и частью немецкой истории. Она началась во время первой мировой войны и, казалось, ей суждено было закончиться во время второй.
В 1908 г. руководитель института физической химии и электрохимии в технической высшей школе в Карлсруэ доктор Габер пригласил в качестве сотрудника Карла Боша, который потом возглавил отделение по получению азота на анилиновой и содовой фабрике Бадена. Вместе с доктором Митташем и инженером Лаппе они с 1909 по 1912 г. провели в специально оборудованной лаборатории более 10 000 опытов с целью соединить азот воздуха с водородом в присутствии катализатора. В результате этой реакции образуется аммиак - исходный продукт для многих видов взрывчатых веществ и искусственных удобрений. Так был разработан способ Габера - Боша. Карл Бош выбрал .место для большой установки аммиачного синтеза.
28 мая 1916 г. в Мерзебурге началось строительство завода по производству аммиака. В это время на западном фронте с незатухающей силой бушевали сражения. Через одиннадцать месяцев после первого удара лопатой, 27 апреля 1917 г., предприятие отправило первые цистерны с аммиаком - новым сырьем для смертоносной войны.
Рабочие Лёйны, устраивая массовые забастовки, повели решительную борьбу против войны. Завод в Лейне непрерывно расширялся. Аммиак был уже не единственным продуктом. Через два года после пуска началось производство сульфата аммония, в 1923 г. получать метанол, а с 1927 г. - бензин.
В 1945 г. казалось, что огромное предприятие навсегда умерло - 10 000 бомб, сброшенные во время 23 налетoв, разрушили его на 80%. Благодаря советской помощи оно возродилось снова, сначала как предприятие советского государственного акционерного общества по получению минеральных удобрений. В 1954 г. оно стало всенародным достоянием, и с тех пор его мощность, благодаря рационализации и расширению производства, неизменно увеличивалась.
Установки завода занимают площадь в 4 км². На две расположенные в 1,7 км друг от друга железнодорожные станции -- Завод Лёйна-север и Завод Лёйна-юг -- ежедневно прибывает более 32 тысяч трудящихся. 13 гигантских дымовых труб, градирни и ректификационные колонны, длинные ангары и бункеры определяют силуэт завода.
Наряду с таким важным сырьем, как бурый уголь, все больше возрастает роль нефти. В химические центры республики это важное сырье поступает по нефтепроводу "Дружба", протянувшемуся из Советского Союза через ПНР в ГДР.
Тысячи тонн более чем 400 видов основных и промежуточных химических продуктов, начиная с топлива и кончая сырьем для пластмасс, получают из нефти, воздуха и воды. При переработке нефти выделяются также многие неорганические химикаты. Аммиак и азотная кислота служат для получения удобрений и других продуктов.
С 1 февраля 1966 г. Лёйна приобрела особое значение. Начали давать продукцию установки первой очереди Лейны II - первой нефтехимической базы ГДР. На площади 200 га было построено около 2000 действующих установок, которые обслуживают 2100 рабочих. Здесь получают этилен, полиэтилен высокого давления, капролактам, фенол. Здесь же осуществляется крекинг бензина. Завод Лёйна II работает с высокой производительностью. Каждый рабочий на этом предприятии производит в 6 раз больше продукции, чем его коллега на заводе Лёйна I.
Предприятие чрезвычайно способствовало достижению ГДР мирового уровня в области нефтехимии.

ОПЫТЫ С АММИАКОМ И АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ

По способу Габера-Боша из воздуха, водяного пара и бурого угля (или буроугольного кокса) либо используя газификацию масел нефтяных остатков получают смесь азота и водорода. После очистки (удаления серы, оксида и диоксида углерода) на смешанном катализаторе при давлении 240 кгс/см² и температуре 420-610 °С смесь превращается в аммиак:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q

Наибольший экономический эффект дает использование для синтеза отходов от процессов переработки нефти.

Аммиачный фонтан

Аммиак - бесцветный газ. Он раздражает дыхательные пути, а в больших концентрациях ядовит. Аммиак легче воздуха, 1 л газа весит 0,7709 г. Он чрезвычайно хорошо растворяется в воде, и в этом мы сейчас убедимся на опыте. Из продажного 25%-ного раствора аммиака (гидрата аммиака) выделим при нагревании аммиак, который соберем в сухую круглодонную колбу. (Ни в коем случае нельзя использовать плоскодонную или эрленмейеровскую колбу! Эти сосуды не выдерживают вакуума и взрываются. Для этого опыта удобно также использовать нижние части склянок для промывания газов.)
Затем закроем колбу резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена оттянутая на конце стеклянная трубка. Большой химический стакан наполним водой с несколькими каплями фенолфталеина. Многократно погружая горлышко колбы в этот раствор, попытаемся ввести внутрь колбы через трубку несколько капель воды.
Благодаря большой растворимости аммиака (в 1 объеме воды при 20 °С растворяется 702 объема аммиака) большая часть газа растворится. В колбе возникнет разрежение, и внешнее давление воздуха выбросит с большой силой воду из химического стакана в колбу. Красная окраска индикатора в колбе указывает на наличие там щелочной среды.

Получим азотную кислоту

С помощью каталитического окисления (метод Оствальда) можно перевести аммиак в азотную кислоту. На химическом комбинате Биттерфельд, смесь аммиака и воздуха с большой скоростью пропускают над платино-кобальтовым катализатором. Возникающий при этом бесцветный монооксид азота NO сначала превращается на воздухе в коричневый диоксид азота NO₂, а затем при действии кислорода и воды - в азотную кислоту:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

4NO + 2O₂ = 4NO₂

4NO₂ + O₂ + 2Н₂О = 4HNO₃

Мы же соберем установку, изображенную на рисунке. схема установки

Для того, чтобы приготовить катализатор, добавим по каплям раствор хлорида железа(III) к раствору гидроксида аммония. При этом выпадает коричневый осадок гидроксида железа(III). Отфильтруем его, промоем на фильтре холодной водой, смешаем сырую еще массу с асбестом (можно отщипнуть волокна от подставки под утюг, использовать кусочек асбестового шнура и т.п.) и сильно прокалим массу. При этом на асбесте выделится оксид железа(III).
Пропустим сначала через установку поток воздуха (кран I открыт, кран II закрыт) с помощью водоструйного насоса (в крайнем случае достаточно применить для отсоса воздуха резиновый вентилятор) и сильно нагреем катализатор. Затем закроем кран I и откроем кран II. Поток воздуха увлекает аммиак, который после сушки в U-образной трубке с негашеной известью СаО окисляется на катализаторе с образованием оксида азота.
А он, взаимодействуя в конической колбе (так называемая колба Эрленмейера) с кислородом воздуха, превращается в диоксид азота.
Наконец, в пробирке с боковой насадкой образуется азотная кислота. Хотя она очень разбавлена, мы можем обнаружить кислую среду с помощью лакмусовой бумажки, а наличие нитрат-иоиов - как описано в разделе "Анализ минеральных удобрений".
Азотная кислота - бесцветная, очень едкая жидкость. Концентрированная кислота, 69,2%-ная HNO₃ с плотностью 1,41 г/м³, относительно легко отдает кислород. Поэтому она является сильным окислителем. Благодаря этому свойству она растворяет различные неактивные металлы, такие как медь, ртуть и серебро. Золото она не разрушает, поэтому можно отделить золото от серебра с помощью азотной кислоты. Однако смесь одной объемной части концентрированной азотной кислоты и трех объемных частей соляной кислоты - царская водка - растворяет и золото и платину.
Если мы хотим получить азотную кислоту более высокой концентрации, то смешаем в реторте 56 г сухой тонкораспыленной калийной селитры КNО₃ с 32 мл концентрированной серной кислоты и перегоним получившуюся кислоту в хорошо охлаждаемый сборник. Если реторта с тубусом, закроем его корковой пробкой, обернутой алюминиевой фольгой. Горло реторты опустим как можно глубже в сборник, который будем охлаждать в стакане с ледяной водой или в проточной водопроводной воде.
Для этой цели поместим сборник в воронку и укрепим над ретортой шланг, в который подается холодная вода. Из воронки с помощью шланга отведем холодную воду в ведро или раковину.
На окончание опыта укажет выделение коричневых ядовитых паров NO₂:

2KNO₃ + Н₂SО₄ = К₂SО₄ + 2HNO₃

Раньше азотную кислоту только таким методом и получали. Исходным продуктом служил встречающийся в Чили в больших количествах нитрат натрия NaNO₃ (натриевая, или чилийская селитра).

НЕ ВСЯКИЙ ЛЕД ИЗ ВОДЫ

Тот, кто после напряженной работы или длительной прогулки по пыльной улице отведает лимонаду или газированной воды, ощутит освежающее действие этих напитков. Любителям газированных напитков необходим сифон, знаток восхваляет устойчивую пену пива, весело играет шампанское в бокалах на праздничном столе.
Крошечные пузырьки газа разрыхляют тесто, благодаря им булочки становятся мягкими. Во всех случаях здесь действует один и тот же углекислый газ (диоксид углерода).
Тысячи кубических метров этого газа ежедневно выбрасываются из дымовых труб. В природном круговороте веществ он играет решающую роль, на нем основаны многие химические процессы, а в твердом виде он представляет собой чрезвычайно распространенное охлаждающее средство - сухой лед.
С помощью нескольких опытов мы можем познакомиться с важнейшими свойствами диоксида углерода, который является ангидридом угольной кислоты:

Н₂О + СО₂ = Н₂СО₃

Известно, что многие кислоты образуются в результате взаимодействия оксидов неметаллов с водой. Ангидриды - это химические соединения, которые возникают из других соединений при отделении воды, и, наоборот, переходят в исходные соединения при поглощении воды. Угольная кислота в чистом виде не существует. Равновесие изображенной выше реакции сильно сдвинуто в сторону исходных продуктов. Угольная кислота диссоциирует в две стадии и образует сначала гидрокарбонат-, затем карбонат-ионы - НСО₃^-- и СО₃^2--.
Соответствующие соли называются гидрокарбонаты и карбонаты.
Угольная кислота относится к числу слабых электролитов.

Получим диоксид углерода

Диоксид углерода можно получить из солей угольной кислоты (карбонатов), если вытеснить его с помощью более сильных кислот. В технике его получают при обжиге известняка, т. е. в результате нагревания при температуре примерно 1000 °С:

СаСО₃ = CaO + CO₂

В лабораторных условиях применим самый дешевый способ. Для этого в аппарате для получения газов, например в аппарате Киппа, зальем кусочки мрамора (карбоната кальция CaCO₃) 20%-ным раствором соляной кислоты:

СаСО₃ + 2НСl = CaCl₂ + H₂O + СО₂

Само собой разумеется, что пригодны и другие карбонаты: сода (карбонат натрия Na₂CO₃), поташ (карбонат калия К₂СО₃), питьевая сода (гидрокарбонат натрия NaHCO₃), и ряд кислот, в том числе даже относительно слабые - уксусная, винная и лимонная.
Полученный в аппарате диоксид углерода уловим в пневматической ванне или лучше вытеснением воздуха. Диоксид углерода тяжелее воздуха, 1 л его при 0 °С и 760 мм рт. ст. весит 1,977 г, поэтому им можно наполнить стоячий сосуд, опустив газоотводную трубку на самое дно сосуда. Так как горящая лучина гаснет в атмосфере углекислого газа, то таким образом можно проверить, наполнился ли наш сосуд.
Есть простое правило, которое помогает узнать, легче газ воздуха или тяжелее. Условимся число 29 считать относительной молекулярной массой воздуха и сравним молекулярные массы (М) газов с этой величиной. Например, молекулярная масса метана СН₄ = 16, значит, метан легче воздуха; для азота N₂ М = 28, т. е. азот немного легче воздуха, a SO₂ (М = 64) и СО₂ (М = 44) значительно тяжелее воздуха.

Опыты с диоксидом углерода

Диоксид углерода образует при взаимодействии с известковой водой осадок карбоната кальция, который при дальнейшем действии газа переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:

Са(ОН)₂ + СО₂ = СaСО₃ + H₂O

СаСО₃ + Н₂O + СО₂ = Са(НСО₃)₂,

Для того чтобы получить известковую воду, зальем водой в химическом стакане негашеную или гашеную известь (защитить глаза!) и профильтруем отстоенный раствор или бросим кусочек карбида кальция в химический стакан с водой и после прекращения выделения газа профильтруем раствор.
Даже незначительные количества солей угольной кислоты можно обнаружить с помощью следующей пробы: в маленькую пробирку введем несколько частичек карбоната и 2 капли соляной кислоты. Образовавшийся над жидкостью газ отсосем пипеткой (только не ртом, так как выдыхаемый воздух тоже содержит СО₂!) и выпустим его во вторую пробирку с известковой водой.
Как мы уже установили, углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха. Поэтому его можно "переливать", как воду, например. Наполним химический стакан углекислым газом, и осторожно. чтобы не "промахнуться", перельем невидимый газ во второй стакан. Там обнаружим его с помощью пробы лучинкой. Дым от погасшей лучины повиснет в СО₂. Можно до переливания сделать газ видимым. Для этого добавим в стакан с газом две капли концентрированной соляной кислоты и две капли концентрированного гидроксида аммония (нашатырного спирта), затем осторожно перемешаем стеклянной палочкой образовавшийся туман хлорида аммония (нашатыря) с диоксидом углерода. Для забавы можно потушить в нем горящую свечку.
Наполним широкий сосуд (чашку) углекислым газом до половины и будем выдувать мыльные пузыри таким образом, чтобы они с небольшой высоты падали на газ. После нескольких неудачных попыток нам удастся получить мыльный пузырь, который плавает на газе. Раствор для мыльных пузырей приготовим из жидкого мыла, которое смешаем с холодной дистиллированной водой и куда через несколько часов добавим несколько капель пропантриола (глицерина).
Наполним пробирку углекислым газом, вольем 1-2 мл раствора едкой щелочи (гидроксида калия или натрия), тотчас закроем пробирку смоченным большим пальцем и встряхнем ее. (Осторожно! Не разбрызгивать щелочь! Сразу же после опыта вымыть руки!) Пробирка свободно повисает на пальце. Не отнимая пальца, перевернем ее, опустим в воду отверстием вниз и откроем. Вода устремится в пробирку и заполнит большую ее часть.
Диоксид углерода взаимодействует со щелочами с образованием карбонатов, в результате в пробирке образуется вакуум. Внешнее давление воздуха прочно прижимает пробирку к пальцу. Эту реакцию применяют, если необходимо удалить диоксид углерода из газовой смеси. Смесь пропускают через большое количество промывных склянок, наполненных щелочью.
Посмотрим, как газируется вода в сифоне. Насадим баллончик затворной стороной (алюминиевой пластинкой) на острие сапожного гвоздя, обернем тонкой хлопчатобумажной тканью (носовым платком) и сильно ударим молотком по дну патрона. Газ выделится с сильным шипением, белые пары пройдут через поры ткани, а в самом платке останется белый осадок - твердый диоксид углерода, так называемый сухой лед.
Диоксид углерода можно сжижать под давлением при температуре ниже --31,3 °С (критическая температура). Жидким CO₂ заряжены баллоны. Когда при ударе пробивается затворная пластина, СО₂ выходит и испаряется очень быстро. Благодаря работе, производимой при испарении и расширении, газ очень сильно охлаждается, и часть его конденсируется.
Сухой лед нельзя сжимать пальцами (обмораживание кожи!). Остерегайтесь, чтобы ни малейшей крупинки не попало в глаза. При работе снять с рук кольца!
Сухой лед применяется прежде всего для охлаждения пищевых продуктов. Холода от него вдвое больше, чем от обычного льда, а кроме того, он удобен тем, что испаряется без остатка.
У продавца мороженого обычно можно попросить сухой лед и провести с ним несколько интересных опытов.
Наполним бутылку из-под пива или лимонада на четыре пятых фруктовым соком или водой, бросим внутрь кусочек сухого льда, тотчас закроем, подождем несколько минут и затем сильно взболтаем. Получится газированный напиток. (Ни в коем случае не брать много сухого льда, так как бутылка может взорваться, достаточно кусочка величиной с горошину. В целях безопасности обернем бутылку полотенцем.)
Кусочек сухого льда бросим в наполненную на три четверти водой плоскодонную колбу (можно взять молочную бутылку или что-то похожее), затем закроем ее пробкой с отверстием. В отверстие вставим оттянутую на конце стеклянную трубку, которая вплотную доходит до дна сосуда. Вскоре вода будет сильной струей разбрызгиваться из трубки.
При тушении пожара диоксид углерода часто используют для выброса гасящего средства. Мы можем сделать модель пенного огнетушителя.
Несколько кусочков сухого льда положим в полотняный мешочек и измельчим ударами молотка. (Надеть защитные очки!) Полученную массу смешаем в фарфоровой чашке с пропиловым спиртом или денатуратом до образования кашицы. В чашку положим кусок резинового шланга, цветок и небольшой плод. Температура охлаждающей смеси примерно --80 °С. Вытащенный резиновый шланг станет твердым и расколется, если по нему ударить молотком. Цветок и плод замерзнут и при падении на твердую поверхность разлетятся вдребезги.

Читать сначала >>> || Содержание книги || Читать дальше >>>

Читальный зал кунсткамеры: что тут есть?